単管パイプは応用性が高い為、建築現場を支える単管足場から単管パイプを使って簡易的に製作する工作物等のDIY用途で活躍しています。
しかし、単管パイプの”強度”について知識がない方にとっては、「工作物が安全に利用できる強度か分からない」、「
そこで今回は単管パイプの”強度”について詳しく解説し、
今回検証で利用した製品はこちら
今回検証で利用した"軽量単管パイプ”は、当社の"スーパーライト700"です。
"スーパーライト700"は、当社と日本製鉄株式会社が共同開発した”軽量単管パイプ”で、従来管の”STK500”よりも25％も軽くなっておりますが、他メーカーの製品と比べて最も粘り強く加工性の良い、”強靭”な軽量単管パイプです。
実際の他社製品との比較については以下のリンクより詳細をご確認いただけますので、ご興味がありましたらぜひご覧ください。
リンク：なるほど！！強くても伸びがあるのが”強靭”。軽量足場スーパーライト700の優位性。(^_^)v
当社の足場管カタログが必要な方は、以下のフォームよりカタログをダウンロードして活用してください。
単管パイプの性能について
単管パイプには、"ポストジンク"や"ドブメッキ"、"先メッキ"等の様々な種類の呼び名がありますが、これらの呼び名はメッキ製法によるもので、”強度”に関する性能は基本的に"700N級の軽量単管パイプ"若しくは"STK500の単管パイプ"の2種類になります。
|
種類 |
規格等 |
寸法 |
標準重量(kg/m) |
断面積A(cm2) |
断面二次 |
断面係数Z(cm3) |
許容応力度 |
|
軽量単管パイプ |
700N級 |
φ48.6 x 1.8 |
2.08 |
2.65 |
7.26 |
2.99 |
32,300※ |
|
単管パイプ |
STK500 |
φ48.6 x 2.4 |
2.73 |
3.48 |
9.32 |
3.83 |
23,500 |
※軽量単管パイプの許容応力度は、スーパーライト700の値を引用
”許容応力度”とは、単管パイプを使った構造物の”強度”を計算するうえで使用する応力の限界点です。
軽量単管パイプは高張力鋼を使用する事で、"STK500の単管パイプ"よりも”許容応力度”が高く、厚みを薄くする事で標準重量をおよそ25%軽量化した製品仕様となっています。
単管パイプの強度について
"単管パイプで作った工作物が安全に使用できるか？"を確かめる基本的な考え方としては、①単管パイプに加わる力やモーメントと②単管パイプが耐えれる力やモーメントをそれぞれ計算し、①が②を越えない事を確認する必要があります。
具体的にお客様が作製された工作物が"安全に使用できるか？"については、設計による影響が大きいので一概にお答えるすることができませんが、以下の引張り/曲げの場合を想定した場合、単管パイプはそれぞれどのくらいの荷重に耐えられるか
引っ張られる力
単管パイプを以下の図の様に"長手方向に引っ張った場合にどのくらいの力まで耐えられるか？"について考えます。
![[JP][Blog]引っ張り](https://www.daiwast.co.jp/hs-fs/hubfs/images/blog/%5BJP%5D%5BBlog%5D%E5%BC%95%E3%81%A3%E5%BC%B5%E3%82%8A.png?width=500&height=75&name=%5BJP%5D%5BBlog%5D%E5%BC%95%E3%81%A3%E5%BC%B5%E3%82%8A.png)
この場合は、使用する単管パイプの長さに関わらず、単管パイプが耐えられる力をあらわす”許容引張荷重”は、以下の計算式により求められ、軽量単管パイプの場合は85.6[KN](約8.7t)、STK500の単管パイプは81.8[KN](約8.3t)となってます。
許容引張荷重[N] = 許容応力度[N/mm2] x 断面積A[cm2]
曲げられる力
次に単管パイプを以下の図の様に"長手方向に対して丁度半分の位置に垂直な力である”曲げ荷重”が加わって曲げられる場合には、どのくらいの重量まで耐えられるか？"について考えます。
![[JP][Blog]曲げ](https://www.daiwast.co.jp/hs-fs/hubfs/images/blog/%5BJP%5D%5BBlog%5D%E6%9B%B2%E3%81%92.png?width=500&height=200&name=%5BJP%5D%5BBlog%5D%E6%9B%B2%E3%81%92.png)
この場合は、先ず垂直に加わる力(曲げ荷重)を以下の計算式で物体を回転させる力"モーメント"へと変換します。
単管パイプに加わるモーメント[N・cm] = 曲げ荷重[N] x 単管パイプの長さ(支点間距離) ➗ 4
続いて、単管パイプが耐えられるモーメント、つまり”許容曲げモーメント”に関しては以下の計算式で求められ、軽量単管パイプの場合は96.6[KN・cm](約9.6t・cm)、STK500の単管パイプは90.0[KN・cm](約9.1t・cm)となります。
許容曲げモーメント[N・cm] = 許容応力度[N/mm2] x 断面係数Z[cm3]
ここで、各種類の単管パイプの長さ毎に"許容曲げモーメント"と"単管パイプに加わるモーメント"が等しくなる"最大曲げ荷重"を[kg]の単位に変換して整理しました。
| 種類 | 長さ(支点間距離) | |||||
| 1m | 2m | 3m | 4m | 5m | 6m | |
| 軽量単管パイプ | 384kg | 192kg | 128kg | 96kg | 77kg | 64kg |
| 単管パイプ | 364kg | 182kg | 121kg | 91kg | 73kg | 61kg |
まとめ
今回は単管パイプの”強度”について詳しく解説し、
設計の目安を知る事で、単管パイプで作製した工作物をより安全/安心に使用できるようになりますので、今回ご紹介した記事を設計の参考にしていただければ幸いです。
今回ご紹介した私たちの軽量単管パイプである"スーパーライト700"や"STK500の単管パイプ"の物性値に関しては、カタログにも記載されていますので、必要な方がいらっしゃいましたら以下のフォームよりお気軽にダウンロードして活用して下さい。
最後まで読んでいただき感謝申し上げます。引続き、皆様の"為になるお役立ち"に繋がる情報発信を続けて参りたいと思いますので、今後とも宜しくお願いいたします。ありがとうございました。
